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1、材料表面工程课程期末作业题 目： 表面热处理 文献综述 学生姓名： 院 （系）： 材料科学与工程学院 专业班级： 学 号： 任课教师： 完成日期： 2013年11月23日 材料表面工程课程期末作业目 录1 前言.1 1.1 xxxx1 1.1.1 xxxx2 1.1.2 xxxx31.2 xxxx.32 xxxx.4 10 结论.8参考文献.8 前 言金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而
2、且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。建国以来特别是20世纪80年代以来，我国的热处理技术有了很大的发展，现有热处
3、理生产企业、从业人数、设备数量和能力都有大大增长。目前来说，我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面，与工业发达国家的差距不大，但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。目前在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换
4、代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的落后面貌，赶上工业发达国家的先进水平，将起到积极的促进作用中国热处理工艺技术应用还不十分广泛，对热处理工艺的重视程度还需要提高，特别从事热处理工艺的人才的培养需要加大，现今热处理专业比较冷淡，这些都需要做出大大的改善。另一方面，热处理环境给人感觉脏乱差，热处理工艺控制不够严格，这些都阻碍了热处理工艺的发展，同时阻碍了中国机械制造工艺的发展。本篇主要介绍目前我国在表面热处理技术上应用，大致分类、该技术的基本原理、工艺过程、主要特点等，对比了国外发展现状、做出一些思考。1表面热处理1.1表面热处理概念表面热处理就
5、是通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 些在工作时经受摩擦、表面容易磨损的零件，其表面应有抗磨损能力。有些工件在反复弯曲的作用下工作，易产生疲劳断裂，需要有抗疲劳能力，而抗疲劳能力又与零件的表面强度和内应力状态有关。表面强度高，又存在压缩内应力时，抗疲劳能力就强。机床、矿山机械等的齿轮经表面淬火后耐磨性明显提高。汽车后半轴经高频感应加热淬火后的抗疲劳能力远高于整体调质者。1.2表面热处理的分类最常用的表面热处理工艺有感应加热热处理和火焰淬火，此外还有接触电阻
6、加热淬火、电解加热淬火、激光热处理和电子束热处理等。 很多机器零件，如曲轴、齿轮、凸轮、机床导轨等，是在冲击载荷和强烈的摩擦条件下工作的，要求表面层坚硬耐磨，不易产生疲劳破坏，而心部则要求有足够的塑性和韧性。显然，采用整体热处理是难以达到上述要求的，这时可通过对工作表面采取强化热处理，即表面热处理的方法解决。常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。2表面淬火钢的表面淬火一般分为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火等。表面淬火使工件表层得到高硬度的淬火马氏体，而心部仍然保持原有的韧性。2.1火焰加热表面淬火火焰淬火始于19世纪初期。起初是依靠操作者的经验保证处理质量。随着技术的发展，人们设
7、计和制造出用以淬硬曲轴、齿轮等零件曲面的专用淬火机床，从而扩大了火焰淬火的应用范围。后来，又出现配备有透焰测温装置、能自动控制温度的淬火机床，使火焰淬火有了新的发展。火焰淬火是一种用乙炔一氧火焰(最高温度达3100)或煤气一氧火焰(最高温度达2000)将工件表面快速加热，随后喷液（水或有机冷却液）冷却的一种表面淬火方法。一般常用乙炔-氧火焰表面淬火。2.1.1火焰加热的特点优点：(1)设备简单、投资少、成本低。 (2)适用于单例：或小批生产，也适用于大型工件的局部淬火要求，如大齿轮、轧辊、大型壳体(马达壳体)、导轨等。 (3)不易产生表面氧化与脱碳。 (4)不受现场环境与工件大小的限制，适用性
8、广，操作简便。缺点：(1)不易稳定地控制质量。 (2)大部分是手工操作和凭肉眼观察来掌握温度。表面容易烧化、过热与淬裂，很难达到均匀的淬火层与高的表面硬度。 (3) 实现机械化流水生产较为困难。 （4）火焰加热的均匀性很难保证，因此很容易在对中高碳和合金钢的表淬时发生开裂。2.1.2火焰加热的原理和过程用气体燃料燃烧时产生的火焰将工件表层加热到淬火温度，随后快速冷却的表面热处理方法。火焰淬火可获得高硬度的表层和有利的内应力分布，提高工件的耐磨性和疲劳强度。火焰淬火设备比较简单，淬硬层较深，可调范围广（一般在28毫米之间），适于单件小批生产或现场淬火。对于运输拆卸不便的重大零件和不适于采用其他表
9、面淬火的零件，如大型齿轮、大型工作平面，一些凸轮、曲轴、机床导轨和链轮等，火焰淬火具有广泛的适应性和机动性。 根据零件被淬火表面与喷嘴相对运动情况，火焰淬火的基本操作方法可分为固定加热、直线移动加热、旋转加热和旋转移动加热 4种（见图）。常用的燃料有乙炔、甲烷、丙烷和城市煤气等。火焰淬火一般用于中碳钢，工件在淬火前应经调质或正火处理，以改善其心部性能。淬火介质常用水，水温以1518为宜，以免淬裂。形状复杂或含碳量高于0.6的碳钢零件和合金钢零件可用 3040温水、聚乙烯醇水溶液和油等，也可用喷雾冷却。火焰淬火后常在炉中进行180200低温回火。淬火表面在磨削之后应进行第二次回火，以减少内应力。
10、2.2感应加热表面淬火感应加热热处理 induction heat treatment 用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展,感应加热热处理技术不断改进,应用范围也不断扩大。将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时,周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小, 这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流
11、的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。分类根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处理分为超高频、高频、超音频、中频、工频 5类。超高频感应加热热处理所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火。高频感应加热热处理所用的电流频率通常为200300千赫,加热层深度为0.52毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。超音频感应加热热处理所用的电流频率一般为2030千赫，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加
12、热层大致沿齿廓分布，粹火后使用性能较好。中频感应加热热处理所用的电流频率一般为2.510千赫,加热层深度为28毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火。工频感应加热热处理所用的电流频率为5060赫，加热层深度为1015毫米，可用于大型工件的表面淬火。2.2.1感应加热的特点主要优点是：不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。无公害。加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，且可减少运输，节约人力，提高生产效率。淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。表面淬火后工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳破断能力较高。感应加热热处理也有一些缺点。与火焰淬火相比，感应加热设备较复杂，而且适应性较差，对某些形状复杂的工件难以保证质量。应用范围2.2.2感应加热的应用广泛用于齿轮、轴、曲轴、凸轮、轧辊等工件的表面淬火，目的是提高这些工件的耐磨性和抗疲劳破断的能力。汽车后半轴采用感应加热表面淬火，设计载荷下的疲劳循环次数比用调质处理约提高10倍。感应加热表面淬火的工件材料一般为中碳钢。为适应某些工件的特殊需要，已研制出供感应加热表面淬
